Geavanceerde spoelverhoudingstests voor speciale transformatoren: Scott, Inverse Scott en V-v aansluitingen

1 Foutanalyse van traditionele spoelverhoudingstestmethoden

De QJ35 spoelverhoudingsbrug en andere testapparaten op basis van enkele fase-fase gebruiken allemaal het principe van de dubbele voltmetertechniek. De QJ35 elimineert echter storingen door fluctuaties in de voeding via brugbalans. Voor spoelverhoudingstests van driefasen transformatoren met een enkele voeding moeten overeenkomstige aansluitingen worden gesloten en de gegevens omgezet, waardoor driefasentests worden omgezet in onafhankelijke enkelefasemetingen, met √3 Yd-conversie gebaseerd op aansluitgroepen.

Speciale transformatoren met verschillende aansluitmodi dan standaardtransformatoren ervaren grote uitdagingen bij deze methode. Scott-transformatoren hebben elektrische aansluitingen aan de primaire wikkeling, terwijl rechterschakelingstransformatoren ze aan de secundaire wikkeling hebben. Eénfasetesten met gesloten magnetische circuits veranderen de faseverbindingen, wat leidt tot aanzienlijke afwijkingen in de spoelverhouding. Het meet ook niet nauwkeurig de faseverschillen tussen primaire en secundaire zijde, waardoor beoordeling van de aansluitmodus onmogelijk is.

2 Testmethoden voor spoelverhouding en aansluitmodus van speciale transformatoren

Om de spoelverhouding van speciale transformatoren efficiënt te testen (volgens eerdere analyse), gebruik driefase (120° fasedifference, standaard) of tweefase (90° fasedifference, voor inverse Scott-transformatoren) voedingsuitgang. Het belangrijkste: test volgens de werkelijke werking van de transformer, pas ~110V toe, meet de spanningverhoudingen en faseverschillen tussen primaire en secundaire zijde om de spoelverhouding en aansluitmodus te bepalen.

In Figuur 2 is (N,n) de signaalgrond van het instrument. Pas standaard driefase spanning toe op de hoogspanningszijde van de transformer, meet de fase-spanningen (U_A, U_B, U_C, U_a, U_b, U_c) ten opzichte van de signaalgrond. Gebruik vectorbewerkingen om lijnspanningen (U_AB, U_BC, U_CA, U_ab, U_bc, U_ca) te berekenen. Bereken de spoelverhoudingen (K_AB/_ab, K_BC/_bc, K_CA/_ca) volgens de definitie, en bepaal de groepen via hoekverschillen van UAB-Uab. Voor inverse Scott-transformatoren, pas 90° tweefase spanning toe op de hoogspanningszijde; meet op vergelijkbare wijze de spoelverhoudingen en faseverschillen. Deze methode zorgt ervoor dat het testmagnetisch circuit overeenkomt met het werkende magnetische circuit van de transformer, waardoor de resultaten de werkelijke spoelverhoudingen en aansluitmodi weerspiegelen.

3 Werkingsprincipe van het testapparaat

Met de snelle ontwikkeling van grote geïntegreerde schakelingen, de verbetering van de prestaties van voedingsapparatuur en de diepgaande evolutie van digitale signaalverwerkings technologie, is het nu in principe mogelijk om speciale spoelverhoudingstestapparatuur te ontwerpen volgens de bovenstaande ideeën. Het apparaat kan ruwweg worden verdeeld in drie delen: voeding, multi-kanaalsignaal high-speed acquisitie, en digitale signaalverwerking.

Om een spoelverhoudingstest uit te voeren op een transformer met een speciale bedrading, moet er gebruik gemaakt worden van een evenwichtige driefase voeding of een tweefase voeding met een 90° fasedifference. Een ingesteld signaal wordt verzonden door analoge apparatuur, en na versterking door vermogensapparatuur wordt een driefase wisselspanning uitgevoerd, zodat de test van de speciale transformer onder werkelijke werkomstandigheden kan worden uitgevoerd. Om de invloed van fluctuaties in de voeding van het apparaat (AC 220 V) op de testresultaten te verminderen, moet de uitvoer van de standaardvoeding een relatief hoge stabiliteit hebben.

Vanwege de betrokkenheid van een groot aantal vectorbewerkingen, om de juiste aansluitmodus en de fasehoekverschillen tussen primaire en secundaire zijde te garanderen, moeten minstens 6 kanaalsignalen gelijktijdig worden verzameld, namelijk 3 kanaalspanningen aan de hoogspanningszijde en 3 kanaalspanningen aan de laagspanningszijde. Het apparaat maakt gebruik van een structuurontwerp van een enkelechip microcomputer gecombineerd met een FPGA. De FPGA voltooit de synchrone sampling en gegevensopslag van de 6 kanaalsignalen, en de enkelechip microcomputer is verantwoordelijk voor gegevensverwerking en -uitvoer.

Om de impact van diverse complexe elektromagnetische storingen op de testgegevens ter plaatse te vermijden, verwijder alle storende signalen behalve de grondbare AC-signaal van de testvoeding, en gebruik de snelle Fourier-transformatie algoritme om digitale signaalverwerking uit te voeren op elk kanaalsignaal, om zo het doel van anti-storing te bereiken. Met behulp van de snelle Fourier-transformatie kunnen de vectorelementen van elk kanaalsignaal en de fasehoekverschillen tussen primaire en secundaire zijde gemakkelijk worden verkregen, en vervolgens de fasehoekverschillen en aansluitmodus worden berekend.

Om de meetfout van de driefase testvoeding te vermijden, moet de amplitude-onbalansgraad van de voedingsspanning beter zijn dan ±0,04 V, en de fase-onbalansgraad beter dan ±0,04°, wanneer de geteste fase-spanning 80 V is.

4 Gemeten resultaten van Scott- en inverse Scott-transformatoren

Het speciale spoelverhoudingstestapparaat dat volgens de bovenstaande ideeën is ontwikkeld, is getest in een bepaalde substation, en de gemeten gegevens staan in Tabel 1.

Uit Tabel 1 blijkt dat het speciale spoelverhoudingstestapparaat op basis van de driefase voeding succesvol de spoelverhoudingstests van twee soorten speciale transformatoren heeft voltooid, en de fasehoekverschillen voldoen ook aan de eisen van de werkelijke transformatoren. De fasehoekverschilwaarden in Tabel 1 zijn de fasehoekverschillen zoals gedefinieerd in de respectieve kolommen, en an-bn staat voor het fase-tot-fasehoekverschil aan de laagspanningszijde.

5 Testen van V-v verbonden transformatoren

De bedradingsmodus en spanningsvectorgrafiek van een V-v verbonden transformer verschillen van die van een Scott-transformer. Echter, hun gemeenschappelijke kenmerk is dat ze een driefase voeding omzetten in een tweefase voeding met een vaste fasedifference om aan de vereisten van ongelijke belastingen te voldoen. Daarom kan dezelfde meetmethode worden toegepast. Figuren 3 en 4 tonen de bedradingsschema's en spanningsvectorgrafieken van deze twee bedradingsmodi.

Omdat de fasedifference tussen de tweefase spanningen aan de secundaire zijde bij de V-v verbinding 60° is, in plaats van 90° in de Scott-modus, verschilt de resultaten gegeven door het apparaat bij het berekenen van de relatieve fout van de spoelverhouding.

Bij het testen met de BZJT-I-tester, selecteer de "Scott" modus en sluit dan de schakelaar om de meting te starten.

Het moet worden opgemerkt dat de standaard spoelverhouding hier refereert aan de verhouding van de lijnspanning van de drie fasen aan de hoogspanningszijde van de geteste transformer tot de spanning van de enkele fase aan de laagspanningszijde U_ab/U_αn of U_ab/U_βn. In het structuurschema hieronder corresponderen a en b met α en β van de Scott-transformer, en n in het schema correspondeert met de gemeenschappelijke terminal van de α en β fasen.

Tabel 2 toont de testresultaten van een Scott-transformer. Bij het berekenen van de fout van het item "AB/ab", deelt het apparaat intern de ingevoerde standaard spoelverhouding door 1,4142 als berekeningsbasis. Voor de V-v verbonden transformer, omdat de fasedifference tussen de tweefase spanningen aan de secundaire zijde 60° is, wordt een vaste verschil van 41,42% ingevoerd in de berekening van de relatieve fout, maar de feitelijke gemeten waarde van de spoelverhouding is correct.

Voor de V-v verbonden transformer, zouden de waarden van de twee fasehoekverschillen –60,000° (faseverschil van de fase spanningen aan de secundaire zijde) en –300,00° (faseverschil van de lijnspanningen tussen primaire en secundaire zijde) moeten zijn.

6 Conclusie

Het gebruik van een enkelefasetestvoeding kan de meetvereisten voor de spoelverhouding en aansluitmodus van speciale transformatoren met complexe bedradingsmodi niet voldoen. Om aan te passen aan de spoelverhoudingstests van ter plaatse en speciale transformatorfabricanten, moet een driefasetestvoeding worden gekozen voor de meting. Het speciale spoelverhoudingstestapparaat, gebaseerd op de uitvoer van een driefase standaardspanningsbron en ondersteund door high-speed synchrone acquisitietechnologie en digitale signaalverwerkingstechnologie, kan de tests van de spoelverhouding en aansluitmodus goed voltooien.